Question

某研究性学习小组在综合实践活动中对某化工厂化验室排出的废水感兴趣，并对其进行了探究．
【调查获悉】废水中含有硝酸亚铁、硝酸银．
【查阅资料】含硝酸亚铁的溶液呈浅绿色．
【实验目的】探究用锌从废水中最大程度地回收金属银的方法；探究锌和废水中硝酸亚铁、硝酸银的反应顺序．
【实验用品】废水、所需化学试剂及相关的仪器、用品．
【设计方案】他们设计了如下的实验方案：
【发现问题】小组成员分别进行实验，在得到固体甲的同时发现：有些同学得到无色溶液乙，有些同学得到深浅不同的浅绿色溶液乙，小丹同学提出问题：哪种结果能最大程度地回收金属银呢？锌与废水中哪种物质先反应呢？
【讨论分析】小军同学认为：这个问题必须通过探究溶液乙或固体甲的组成才能回答，此观点得到了大家的赞同，经研究，他们决定探究溶液乙．于是他们分成两小组，第一组对无色溶液进行探究，第二组对浅绿色溶液进行探究：
（1）首先他们对溶液乙中的溶质作出了多种猜想：
第一组：①溶质为 Zn（NO₃）₂   ②溶质为Zn（NO₃）₂、AgNO₃
第二组：③溶质为Fe（NO₃）₂和

 

  ④溶质为Fe（NO₃）₂、

 

和

 

（2）小悦同学思考后指出：“通过实验或推理，都能排除第一组同学提出的猜想②，从而确立猜想①是合理的”，请你叙述其推理过程

 

．
（3）第二组同学经过向不同的浅绿色溶液中加入一种试剂，观察实验现象后得出结论，使③④两种猜想都得以验证．请你参与到实验操作过程中并完成下表：

实验操作	实验现象和结论
取少量乙溶液于试管中，   ，观察．	若   则是   ， 若   则是   ．

【交流后得出结论】
（4）当反应后溶液呈无色，溶质为

 

或当反应后溶液呈浅绿色，溶质为

 

和

 

时，能最大程度地回收金属银．通过探究，同学们认为：“使用过量的锌，过滤后得无色溶液”是方便、快捷并确保最大程度地回收金属银的一种方法．经过观察和思考，同学们还得出了 Zn先和废水中

 

反应，再和

 

反应的结论．
【探究后反思】
（5）老师评价：这种方法虽然方便、快捷，但也有不足，请你指出它的不足

 

．

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,金属的化学性质,盐的化学性质

专题：科学探究

分析：在金属活动性顺序中，越靠前的金属活动性越强，只有排在氢前的金属才可以和稀酸溶液反应生成氢气，只有前面的金属可以和排在它后面的金属从盐溶液中置换出来；一种金属和含有多种溶质的盐溶液反应时，首先置换那种最不活泼的金属．

解答：解：（1）由于锌在铁和银的前面，因此无论和谁反应都会有硝酸锌生成，故答案为：Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂、AgNO₃
（2）由于第一组同学研究的是无色溶液，即溶液中没有硝酸亚铁，说明硝酸亚铁中的铁元素已经全部转化成了金属铁，即在滤渣中一定有金属铁；而在过滤前，铁又能和溶液中的硝酸银反应，因此有铁就不可能有硝酸银，故答案为：若猜想②成立，说明Fe（NO₃）₂与Zn反应生成Fe，而Fe会与过滤前的溶液中AgNO₃反应，即铁和AgNO₃不可能都有，从而排除猜想②
（3）由于第二组研究的是浅绿色溶液，即溶液中一定含有硝酸亚铁，但溶液中除了含有硝酸亚铁外，还一定会含有新生成的硝酸锌，因此只要证明是否含有硝酸银即可，可以选择一种只能够和硝酸银溶液反应而且有明显实验现象的物质就行．故答案为：

实验操作	实验现象和结论
在溶液中插入一根铜丝     滴加几滴稀盐酸（或其他氯化物溶液）	铜丝表面无变化，Zn（NO3）2、Fe（NO3）3，铜丝表面有银白色固体析出，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3 溶液无明显变化，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2，溶液中有沉淀生成，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3

（4）根据上述分析可得，溶液为无色溶液时，溶液中只有硝酸锌；溶液为浅绿色溶液时，溶液中有硝酸亚铁和硝酸锌；在金属活动性顺序中，最活泼的金属首先和那种和它隔着远的金属的盐溶液反应，故答案为：Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂，Fe（NO₃）₂，AgNO₃，Fe（NO₃）₂
（5）由于加入过量的锌虽然把银全部置换出来了，但是置换出来的金属银中还混有金属铁和锌，为了得到纯净的银，还得消耗大量的稀硫酸，而且生成的硫酸亚铁和硫酸锌也会对环境造成一定的污染，故答案为：浪费一些锌和稀硫酸，最好能对亚铁盐和锌盐进行回收利用，又能减少污染（或其他合理答案）
故答案为：
（1）Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂和 AgNO₃
（2）若猜想②成立，说明已Fe（NO₃）₂与Zn反应生成Fe，而 Fe会与过滤前的溶液中AgNO₃反应，因此Zn先与Fe（NO₃）₂反应不可能，从而排除猜想②．                                 
（3）

实验操作	实验现象和结论
取少量乙溶液于试管中，在溶液中插入一根铜丝（或铜片）	若铜丝表面无变化，则溶质是Zn（NO3）2、Fe（NO3）2，若铜丝表面有银白色固体析出，则溶质是Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3
取少量乙溶液于试管中，滴加几滴稀盐酸（或其他氯化物溶液）	若溶液无明显变化，则溶质是Zn（NO3）2、Fe（NO3）2，若有白色沉淀生成，则溶质是Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3．

（或其他合理答案）
（4）Zn（NO₃）₂ 或 Zn（NO₃）₂和 Fe（NO₃）₂； AgNO₃，Fe（NO₃）₂
（5）浪费一些锌和稀硫酸，最好能对亚铁盐和锌盐进行回收利用，又能减少污染．（或其他合理答案）

点评：本题难度较大，主要考查了对金属活动性顺序的应用，培养学生分析问题、解决问题、灵活运用知识的能力．